한국과학기술원 생명화학공학과 김희탁 교수 연구팀이 한국에너지기술연구원 두기수 박사와 공동으로 고가의 백금(Pt) 코팅 없이 고성능을 내는 차세대 수전해 기술을 개발했습니다.


물을 전기로 분해해 수소를 얻는 수전해 기술은 탄소 배출 없는 차세대 친환경 수소 생산 방식으로 주목 받고 있지만 고가의 귀금속 촉매와 코팅재에 대한 의존도가 높아 상용화에 한계가 있었습니다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 수전해 전극에서 고활성 촉매로 주목받는 ‘이리듐 산화물(IrOx)’이 제 성능을 발휘하지 못하는 원인에 집중했습니다.

이번 연구에서 그 이유가 수전해 전극에서 함께 사용되는 핵심 구성 요소인 촉매-이온전도체(이하 이오노머)-Ti(티타늄) 기판 사이에서 발생하는‘전자 이동 저항’때문이라는 것을 밝혀냈습니다.

특히 촉매-이오노머-티타늄 기판 사이에서 전자 통로가 차단되는‘핀치 오프(pinch-off)’ 현상이 전도성 저하의 핵심 원인임을 규명했습니다.

연구팀은 이 현상이 촉매 입자가 작을수록 심해지고 20나노미터(nm) 이상 크기로 사용할 경우
전도성이 회복된다는 사실을 세계 최초로 실험적으로 입증했습니다.

또한, 정밀한 계면 구조 설계를 통해 반응성을 확보하면서도 전자 이동을 동시에 보장하는 계면 구조 최적화에 성공했습니다. 이를 통해 기존에 불가피하다고 여겨졌던 촉매 활성도와 전도도 사이의 상충 관계를 정밀한 계면 설계로 극복할 수 있음을 보여줬습니다.

김 교수는 "이번 연구는 고성능 수전해 기술의 병목현상이었던 계면 전도성 문제를 해소할 수 있는 새로운 인터페이스 설계 전략을 제시한 것"이라며 "백금 등 고가 소재 없이도 고성능을 확보할 수 있어 수소 경제 실현에 한 걸음 더 가까워진 계기가 될 것"이라고 말했습니다.

이번 연구 성과는 에너지 및 환경 분야 국제 학술지 '에너지 및 환경과학'에 게재됐습니다.

TJB 대전방송